大体积混凝土施工中的裂缝控制及温度监测

2014-11-09张银泽

山西建筑 2014年23期

张银泽

(山西省交通建设工程监理总公司，山西太原 030012)

0 引言

近些年来，我国基础设施建设发展迅猛，各地不断上马新的项目，大型建筑工程也越来越多。在一些大坝、桥梁及高层建筑的基础施工中，应用大体积混凝土的工程项目逐年增加，用量快速增长。在大体积混凝土的施工中，对技术要求比较高，要特别注意防止水泥水化热引起的温度应力裂缝，确保混凝土施工质量是至关重要的。

在现代工程建设中，大体积混凝土的应用占有重要地位。在工程项目中，混凝土开裂是我国建筑施工中的一个普遍问题，会对建筑物的结构安全造成不利影响。在大体积混凝土结构中，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝，会降低结构的耐久性，削弱构件承载力，对结构安全运行产生极其严重的影响。因此，在大体积混凝土施工中，采取措施减少裂缝是确保施工质量的关键。

1 大体积混凝土裂缝成因

大体积混凝土裂缝大多数属于温度裂缝，其中表面裂缝又占绝大多数。表面裂缝在一定条件下，可能继续发展成贯穿裂缝，为工程结构埋下严重质量隐患。大体积混凝土在施工过程中普遍会遇到裂缝控制问题，探讨裂缝产生的原因就格外重要。在大体积混凝土结构中，混凝土裂缝主要是由温度应力和混凝土自身收缩导致的。温度裂缝，主要出现在浇筑后的2 d～5 d左右。在混凝土浇筑初期，水泥水化热现象会使得混凝土产生大量的热量。在大体积混凝土中，由于混凝土体积大，且不易导热，水化热会迅速聚集在混凝土内部，使得混凝土内部温度迅速升高。在大体积混凝土表面，由于热量不易聚集，散温较快，这就使得混凝土表面温度远低于其内部温度，形成了较大的内外温度差。内外温度差形成温度应力，当温度应力超过混凝土当时的抗拉强度时，则在混凝土表面形成裂缝。在大体积混凝土结构中，这种现象更加严重。另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成的温度陡降，又会在混凝土内部出现拉应力，也会导致裂缝的产生。混凝土自身收缩。在混凝土硬化后期，由于混凝土内部的水分不断蒸发，混凝土就会产生干缩变形，就会在混凝土结构中出现由外向内的干缩变形裂缝。伴随着混凝土内部的水分蒸发进一步加大，当蒸发的水分不能及时得到补充时，裂缝就会进一步扩展。在大体积混凝土结构中，混凝土由于收缩变形引起的裂缝对结构安全具有重要影响。

2 裂缝控制的措施

在大体积混凝土结构中，混凝土温度和温度变化是影响混凝土裂缝形成的重要因素。在施工中采取有效措施来减少和避免混凝土裂缝产生，将温度应力对混凝土结构产生的不利影响降到最低是十分必要的，这也是确保建筑物的结构安全的重要保证。

做好混凝土裂缝控制，减少裂缝的出现，主要思路是通过进行温度控制，缓解混凝土内外温差来实现的。在我国大体积混凝土施工中，采取的技术措施主要有控制混凝土温升，延缓混凝土降温速率及减少混凝土收缩等。

2.1 控制混凝土温升

在混凝土结构中，对水泥水化热导致的温升进行控制，缩小混凝土结构的内外温差，这对降低温度应力、防止温度裂缝的产生具有关键作用。在施工中，采取的主要措施包括:1)选择中低水化热的水泥品种。在混凝土结构中，水泥水化热是混凝土温升的热源。合理选择中低热的水泥产品是减少水化热的重要手段。研究表明，与同等级的矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，选择使用32.5级和42.5级的矿渣硅酸盐水泥的3 d水化热可有效降低28%。2)在混凝土结构的设计中，混凝土强度等的硬性规定对施工材料的使用是一个极大的限制。在设计中，可充分利用混凝土的后期强度，考虑使用f45，f60或f90替代f28作为混凝土的设计强度，这对减少水泥用量，减小水化热现象是十分有利的。3)掺入适宜的外加料。工程实践证明，在施工中优化混凝土级配、掺加适宜的外加料，以改善混凝土的特性，是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。混凝土中常用的外加料，主要是外掺剂和外掺料，主要包括:a.木钙减水剂。在混合料中掺入水泥用量0.25%的木质素磺酸钙，不仅能减少约10%的水泥用量，有效减少水热化，还能改善混凝土的和易性，利于提高工程质量。b.粉煤灰外掺料。在混凝土中加入一定量的粉煤灰，可替代部分水泥，有效减少水化热(见表1)。4)控制混凝土的出机温度和浇筑温度。在大体积混凝土中，砂石料约占混凝土总重量的85%，石子是对混合料出机温度影响最大的因素之一，因此，采取措施降低石子温度对降低混合料的出机温度是十分有利的。可采取以下措施:在施工现场，在砂石料等存放地搭设遮阳装置;向石子等喷射水雾;使用冷水冲洗骨料;在混合料中加入冰块进行拌合等。建议将浇筑温度控制在40℃以下为宜。

表1 掺加原状粉煤灰对水泥水化热的影响

2.2 减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸值

主要措施包括:

1)优化混凝土材料和配合比。在大体积混凝土结构中，对混凝土的收缩产生影响的因素有用水量和水泥用量。研究表明，当用水量和水泥用量越高，则混凝土的收缩就越大。在混合料设计中，在确保混凝土强度的前提下，对骨料品种和级配、水灰比等进行合理调整，水泥用量应尽量降低。

2)改善混凝土施工工艺和施工质量。如:混合料搅拌采用的二次投料砂浆裹石或净浆裹石工艺，能够有效的防止水分在石子表面集中形成水膜，这可使得混凝土的抗压强度提高约10%，使得其极限拉伸值提高。混凝土浇筑后采用二次振捣工艺，对提高混凝土结构的密实度具有重要意义，使得混凝土抗压强度提高约10%～20%，可有效增强混凝土的抗裂性能。

3)掺加适量的膨胀剂。如:AEA(矾土水泥、天然明矾石、硬石膏)，UEA(烧结明矾石、天然明矾石、硬石膏等)，在混凝土中产生0.2 MPa～0.7 MPa的膨胀自应力，这可使得混凝土干缩产生的拉应力被其有效抵消，可避免裂缝的出现和发展。

2.3 延缓降温速率

主要措施包括:

1)潮湿养护。在混凝土浇筑后，使用在混凝土表面不断补给水分的潮湿养护法对降低混凝土的内外温差意义重大。采取的措施主要包括:在混凝土表面不停的淋水，或铺设湿砂层、湿麻袋或草袋等，有条件的话可在表面覆盖一层塑料薄膜，一般不少于半个月，可有效防止表面温度裂缝的产生。

2)保湿保温养护。混凝土养护完毕后数月内，要坚持对混凝土进行保湿保温养护，可有效降低降温速率，避免裂缝的发生或扩展。采取的措施主要是使用自动喷淋管或水平淋水管等连续对混凝土进行淋水保湿。在混凝土表面覆盖数层草袋或草垫等保温材料进行保温养护。

2.4 改善边界条件和构造设计

主要措施包括:

设置滑动层，以减少外约束;在混凝土结构孔洞、变截面部位、转角处等部位，避免应力集中;设置缓冲层;合理配置构造筋、温度筋;对结构尺寸过大，一次浇筑长度过长时，可采用“后浇带”分段浇筑。

3 施工中的温度监测

在现代大体积混凝土施工中，信息化施工是确保混凝土结构安全的重要保障之一。在施工中，随时监控和掌握大体积混凝土的内部温度、应力变化信息等对采取对应措施进行裂缝控制具有重要意义。根据监控到的信息，结合施工现场的温度变化等实际情况，可做到施工方案的合理调整，以其减少裂缝的发生。

在大体积混凝土施工中，信息化施工要监测的信息主要包括:混凝土温度监测、混凝土应变—应力监测。对于发现混凝土内外部温差达到25℃或温度异常的情况，应及时采取措施。在大体积混凝土测温系统中，主要是由温度传感器、信号放大和变换装置、计算机等组成。在施工中，使用较多的是便携式测温仪，如目前使用最多的是JDC-2型便携式建筑电子测温仪，包括了主机，测温线等。主机可数字显示被测混凝土结构温度值。测温线由插头、导线、内装温度探头的金属管等组成(见图1)。